PS:下面是咱之前参加科赛的时候写的研究报告,里面对课题的研究经历之类的介绍的更加详细。要是感兴趣可以下载下来看看
写在前面:
本文为作者的Fusor相关研究与制造过程和经验分享。本人非专业学术大牛,也是个穷学生(所以才绿皮科技),肯定会有很多不足,欢迎大家指正。但请文明交流谢谢。此外Fusor及IECT的实验涉及高压电与等离子体,存在触电,电离辐射危险,在没有充分准备的情况下请勿轻易尝试!!!一定要做好防护!!!
致谢:
@汉斯喵喵 (本人的一位挚友,在研究中提供了大量的资金支持)
@Arutoria (论坛内一位大佬,制作的Fusor相当豪华,从他的帖子里学到不少东西,大家也可以去看看)
链接:制作一台可控核聚变装置(fusor) - 科创网 (XXXXXXXXXXXX)
目录
1:一些闲话(关于咱为啥要做fusor之类的,如果不想看可以跳过)
2:对IECT的制作经历与经验分享
3:对Fusor的制作经历与经验分享
1.
咱对fusor的研究与制造,是源于高二的研究课题《基于Fusor的对核电-电推进系统的可行性研究》当时打算参加科赛,正好在想做个啥课题。然后在朋友的提议下搞了这个课题。整个课题花了大半年的时间,从零开始学习研究高压电,等离子体,IECT和Fusor。可惜最后到国赛开始也只是做到了临界态。不过还是学到了不少东西,也算是收获颇丰。
其实这个课题在22年8月份国赛开始后就终止了,不过一直没有在论坛写过相关的文章。其实之前也是一直不想写,毕竟国内做Fusor的也算不上特别少了,咱这种最后都没激发聚变的,就一直感觉还不够资格写这些东西。但是因为后面大学就打算尝试用学校里的设备了,这个课题即使继续开也不可能用旧设备了。所以就在朋友的再三撺掇下干脆写一下这篇文章。希望能为后面尝试低成本自制Fusor的朋友提供一些参考。
咱自己做这个课题,总共耗资约1W元。不过排除其中的试错成本,在理想状态(一次成功)下只要5000-6000即可搞定。
2.
本人在做Fusor前是先尝试了制作IECT。因为对Fusor略有了解的朋友应该都知道,IECT就是由Fusor衍生出来的变体,结构高度相似。同时对电压,真空度等条件要求更低。因此就先尝试制作IECT积累经验。个人也推荐想制作Fusor但缺少经验的朋友可以先试试看搓个IECT。IECT的运行条件相对简单很多,只要几KV,同时气压降到大约50Pa内即可看到射流。如果能够较轻松的实现IECT,同时也对IECT,Fusor还能继续保持极强的兴趣,再尝试制作Fusor。避免在一时冲动买了一大堆设备材料回来后却因为激情消散、知识储备不到位等而放弃,浪费钱财。
关于IECT和Fusor的制作,最关键的就是真空系统和电极栅网的设计制作。咱这里可以提供几种自己尝试过的IECT制作方案:
1:关于阳极栅网:咱尝试过几种不同的方法制作,分别是金属丝编制,取易拉罐直接切割和铜片激光切割后手动拼接。金属丝编制的优点是取材容易,只要一卷裸铜线就能搞定。缺点是制作起来超级麻烦,精度还超级差,不推荐。易拉罐切割的优点是成品圆度高,制作精度高(前提是没把罐子捏变形了),更容易实现均匀的放电。这里推荐红牛的易拉罐,是真的有够结实的,咱甚至要上切割砂轮才切出来。(笑)下面放两张图看一下:
正在切割的半成品阳极罐子,外面的漆被咱丢煤气灶直接烧掉了,有亿点点丑(doge)
基本完成后的样子
另外一种方法就是用金属片割好后自己拼接弯成一个圆筒。优点是相对而已切割更精准,外观更好。缺点是要掰园很有难度,圆度不太高,容易导致放电不均匀。
采用铜片制作的阳极栅网
当然,这个栅网顶端的半球网盖也都还是金属丝手搓的,不过其实使用金属片的话可以直接用金属片切割好在拼接,精度会更好。这手工编织的金属丝网罩确实肉眼可见的烂(悲)
2:关于阴极:看前面的照片就已经能看出来了,最优解就是整个大号弹簧(乐)
最后放几张那时候拍的照片(拍的时候真空度过低,还看不到射流,只是单纯的辉光放电,不过确实挺好看。辉光颜色和放电状态不同是由于拍摄上接入的电压不同。辉光与电压和真空度的关系后面再讲)
【在高铁上拿笔记本写的,游戏本,还没找到充电口,没电了,先写这么多,后面回去再继续更
[修改于 1年4个月前 - 2023/07/09 02:00:31]
【接上文】
在前面的几章里,咱简单讲述了自己做Fusor的这个课题时的主要实验经历和经验。那么下面咱就再讲讲自己在这个课题中的一些细节上的处理经验和使用的设备、材料等。
先说说设备罢,咱的真空系统最终是采用了一台飞越的双级旋片泵做一级的主泵,然后用了一个三级玻璃扩散泵做二级泵。还有一台小的单级旋片泵用来给容器的真空夹层抽真空。在前面已经放过了管路示意图。这一套下来成本大约在3600-4200。(扩散泵1000,二手双级旋片泵2000-2500,单级旋片泵200-300的就行,各种管路零件约200,加热扩散泵的电热炉100,胶水等各种零配件和杂物150)然后Fusor反应釜成本约1350。(两个金属盖板CNC的成本约900,由于接入氘源的针阀200,内外层亚克力圆柱外壳150,电极,刚玉管和栅网等100)重水是50一克,至少预留300预算用于购买重水。此外还要准备至少1000用于购买盖格计数器和真空计。因此即使是最理想的,一次成功没有然后失误,也至少要准备6100元的经费。保险起见请准备好至少8000元经费,这样就可以保证有充足的试错成本,同时也可以有足够的经费购入更好的设备。
请切记:能用法兰就用法兰!管螺纹最好抹胶后拧紧确保密封!不用用生料带,气密不够!法兰盘压接是最优解!密封圈上抹点真空硅脂后压力密封效果很好!管路部分有钱就上带法兰的金属波纹管,没钱就用高压气管也能凑合。但是绝对不要用气动快接头连接高压气管!!!请用真空规管接头来连接高压气管和玻璃扩散泵的进气口玻璃管!!下面是详细的示意图:
这种真空规管连接头↑
连接方法↑
对于宝塔头(例如玻璃扩散泵的排气管就是宝塔头),可以买一根粗厚的橡胶软管(内径略小于宝塔头最大直径),在宝塔头上涂抹真空规脂后套上去,用管箍箍紧。再买一个宝塔头转法兰的转接头,把橡胶管另一端用同样的方法和宝塔头连接。
连接方法↑
关于扩散泵,如果经济条件允许,咱更推荐去买个二手的小型工业扩散泵。扩散泵的使用寿命很久,只要没有非正常的机械损伤,二手扩散泵也能用很久。而且这种工业扩散泵是全金属,不用担心像玻璃那样脆弱,爆裂风险更低,也能承受更高的加热功率和升温速度。(玻璃扩散泵严禁大功率快速加热升温!!!否则有内部应力过大导致爆裂的危险!!!)而且工业扩散泵的进气和排气管自带法兰,不需要进行各种复杂的转接处理,更简单更省事,气密处理也更方便,不易漏气。一个二手小型扩散泵大约为1500-2000元。(最好买带冷阱的,效果更好)此外在设计真空系统管路的时候尽量避免管路弯曲和狭窄(越宽越直越短越好),可以提高真空泵抽气效率。(而工业扩散泵有非常大的进气口)
目前想写的大致就这些。后面如果想到有新的东西也会再写。当然如果大家有啥想问的也可以尽管提出来,咱会尽可能一一进行回复。也希望各位大佬们能给些指导意见,谢谢啦!(/≧▽≦)/
【接上文】
关于IECT的制作,最关键的地方在于一定要尽可能保证阳极栅网和阴极的圆度以及两者的共轴率。尽可能确保电极可以均匀放电。而且最好等到气压降低到300Pa以下后再通电,避免电弧烧毁栅网和导线。
此外,在咱制作IECT的时候,是采用蒸发干燥器作为真空仓。在容器壁上开孔插入电极,然后用热熔胶密封。事实证明此方案非常不靠谱,漏气很严重。到最后也就做到了百帕级别。
让人眼前一黑的密封处理
不过好在至少是积累了不少经验,所以就直接跑去开Fusor的制作了。至于这个魔改蒸发干燥器的真空仓就直接丢旁边吃灰了(doge)。
3.
Fusor的研究和制作历程,可以说是相当的惨不忍睹。前前后后迭了好几代,尝试了几种不同的设计才最终勉强成功。可以说是把大大小小的各种坑全部踩过一边才爬出来的(捂脸)
最早的时候是采用亚克力外壳制作Fusor的容器外壳(这个壳子是@汉斯喵喵 整的,被咱白嫖了两个拿过来折腾),然后采用环氧树脂和热熔胶进行气密处理。实践证明这个密封方案相当不靠谱,咱经过了数天时间,反反复复进行了数十次测试,寻找漏点和堵漏才算是勉强整出来一个能用的。
给大伙看看,这一坨一坨的热熔胶外观相当的惨烈
至于这玩意的结构,就是两个亚克力盖子盖在一个亚克力圆柱上,然后疯狂上环氧和热熔胶堆料密封。里面的阳极是在牛皮纸上贴铝箔然后弯成一个圆柱再用订书钉固定,最后热熔胶粘在容器里并接线。阴极是一个用裸铜线纯手搓的球笼。
PS:提一嘴咱采用的,用于编织这种耐高温金属丝栅网的方法:在连接各个金属线时,咱没有采用焊锡(@汉斯喵喵 当时也在尝试拿这玩意搓Fusor,但是他执意要用焊锡焊接,结果不出意外的焊锡被高温等离子体汽化了(乐)),而是买了大约0.05MM直径的钨丝线回来,用来捆绑结扎,类似于工地捆钢筋做钢筋笼。这样就确保了球笼可以承受至少1000度搞高温。(包括之前搓IECT时做的那个裸铜线手工编织版也是用的这种方法)
可以明显看到球笼金属线交叉出用于结扎的钨丝↑
当时拍摄的照片↑
最后这个设计的的最终成果,首次成功产生了肉眼可见的明显的受约束等离子体团(图中球笼中央的亮区)
不过这个设计也暴露出不算问题。最大的问题之一就是阴极球笼由于会受到粒子的剧烈碰撞而迅速升温。只要连续通电超过十秒就能让球笼底部穿过亚克力的电极将亚克力和热熔胶全部融化导致泄漏。气密也是在拉跨。因此该设计被废止。
后续的设计改用了CNC加工的金属盖板配合圆柱亚克力外壳。同时体积也翻了十几倍,变成了一个超过十五斤重的大家伙。此外阳极工艺也大升级,改用激光切割的定制厚金属片弯曲拼接制作,更加结实精确。但在容器设计接近尾声的时候不幸遇上疫情封城。当时高二天天也没啥学习压力,天天宅家打游戏摸鱼,就又干脆自学了COMSOL自己跑IECT和Fusor的等离子体仿真。
最终整出来的容器(左)及其真空系统与管路
在这个容器的制作过程中,顺便买了个皮拉尼真空计(分辨率0.1Pa,最小测量值0.1Pa),从此终于告别了真空度全靠看辉光状态猜的时代(泪目)
此外,在整这个容器的时候,意外发现一种非常适合一次性长期性的,低成本低端气密加固处理的方法:在管路螺纹里涂满铸工胶后再拧紧。铸工胶拥有相当不错的强度和粘接紧密度,做气密效果挺不错。也可以用于固定一些不方便焊接的金属件(比如像咱一样往铝制盖板上接不锈钢针阀和阴极拆换装置底座)
但是!咱在设计的时候犯了一个致命失误:铝制盖板与亚克力圆柱外壳之间是垫了一个涂满真空硅脂(这玩意挺不错,密封圈上抹一点在压紧气密嘎嘎好,对于真空度要求不算特别高的场合【气压不低于0.001Pa】挺合适)的丁晴橡胶圈然后使用螺栓和丝杆压紧进行气密。但是在设计盖板时仅留了嵌入亚克力外壳的凹槽,忘记预留橡胶圈的固定凸台了。结果在抽气后橡胶圈会被大气压压入容器内导致气密失效。【而且真空硅脂还有润滑效果】因此,在设计涉及密封圈的结构时务必考虑固定密封圈的结构!!!
蓝色部分亚克力外壳,红色橡胶圈,可以看得出来,当时忘记给橡胶圈设计固定凸台了,结果导致橡胶圈在气压推动下滑入容器内(淦)
最终被逼无奈,只能干脆去掉橡胶圈,然后用铸工胶将亚克力外壳与金属盖板强行粘在一起。经过数天痛苦的检漏堵漏(基本就是凭感觉看运气,到处堆料抹胶水),总算是做到了极限真空大约16Pa的水平。起码是可以看到喇叭状喷流了(汗)
在刚开始堵漏工作,进行放电测试时拍摄的高强度电离波现象(只要咱使用ZVS直推电视高压包并且将电压推到30KV及以上就会出现,但是咱没有示波器所以没法深入研究。个人感觉是和电压波形有关。可能是由于整流电路的稳压电容太小导致了电压的周期性大幅度波动 。但是这个只是猜想,缺少示波器没法检测波形进行验证)
堵漏前的放电状态,气压最低只能抽到大约51Pa,约束等离子体团相当弱
经过约一周的堵漏处理后,极限气压降到了16Pa,终于可以看到相当强的约束等离子体团和喇叭状喷流了
附一段实验上拍摄(10倍慢放)的离子波现象视频。想请教一下视频中不时出现的闪烁是什么导致的,在慢放下看似乎是一种阳极附件的突然出现又突然消失的射流?
VID20220707230204.mp4 点击下载
最终喇叭状射流的慢放↓
202307060122.mp4 点击下载
【先写这么多,咱得睡觉了(困困)】
【接上文】
关于IECT的制作,最关键的地方在于一定要尽可能保证阳极栅网和阴极的圆度以及两者的共轴率。尽可能确保电极可以均匀放电。而且最好等到气压降低到300Pa以下后再通电,避免电弧烧毁栅网和导线。
此外,在咱制作IECT的时候,是采用蒸发干燥器作为真空仓。在容器壁上开孔插入电极,然后用热熔胶密封。事实证明此方案非常不靠谱,漏气很严重。到最后也就做到了百帕级别。
让人眼前一黑的密封处理
不过好在至少是积累了不少经验,所以就直接跑去开Fusor的制作了。至于这个魔改蒸发干燥器的真空仓就直接丢旁边吃灰了(doge)。
3.
Fusor的研究和制作历程,可以说是相当的惨不忍睹。前前后后迭了好几代,尝试了几种不同的设计才最终勉强成功。可以说是把大大小小的各种坑全部踩过一边才爬出来的(捂脸)
最早的时候是采用亚克力外壳制作Fusor的容器外壳(这个壳子是@汉斯喵喵 整的,被咱白嫖了两个拿过来折腾),然后采用环氧树脂和热熔胶进行气密处理。实践证明这个密封方案相当不靠谱,咱经过了数天时间,反反复复进行了数十次测试,寻找漏点和堵漏才算是勉强整出来一个能用的。
给大伙看看,这一坨一坨的热熔胶外观相当的惨烈
至于这玩意的结构,就是两个亚克力盖子盖在一个亚克力圆柱上,然后疯狂上环氧和热熔胶堆料密封。里面的阳极是在牛皮纸上贴铝箔然后弯成一个圆柱再用订书钉固定,最后热熔胶粘在容器里并接线。阴极是一个用裸铜线纯手搓的球笼。
PS:提一嘴咱采用的,用于编织这种耐高温金属丝栅网的方法:在连接各个金属线时,咱没有采用焊锡(@汉斯喵喵 当时也在尝试拿这玩意搓Fusor,但是他执意要用焊锡焊接,结果不出意外的焊锡被高温等离子体汽化了(乐)),而是买了大约0.05MM直径的钨丝线回来,用来捆绑结扎,类似于工地捆钢筋做钢筋笼。这样就确保了球笼可以承受至少1000度搞高温。(包括之前搓IECT时做的那个裸铜线手工编织版也是用的这种方法)
可以明显看到球笼金属线交叉出用于结扎的钨丝↑
当时拍摄的照片↑
最后这个设计的的最终成果,首次成功产生了肉眼可见的明显的受约束等离子体团(图中球笼中央的亮区)
不过这个设计也暴露出不算问题。最大的问题之一就是阴极球笼由于会受到粒子的剧烈碰撞而迅速升温。只要连续通电超过十秒就能让球笼底部穿过亚克力的电极将亚克力和热熔胶全部融化导致泄漏。气密也是在拉跨。因此该设计被废止。
后续的设计改用了CNC加工的金属盖板配合圆柱亚克力外壳。同时体积也翻了十几倍,变成了一个超过十五斤重的大家伙。此外阳极工艺也大升级,改用激光切割的定制厚金属片弯曲拼接制作,更加结实精确。但在容器设计接近尾声的时候不幸遇上疫情封城。当时高二天天也没啥学习压力,天天宅家打游戏摸鱼,就又干脆自学了COMSOL自己跑IECT和Fusor的等离子体仿真。
最终整出来的容器(左)及其真空系统与管路
在这个容器的制作过程中,顺便买了个皮拉尼真空计(分辨率0.1Pa,最小测量值0.1Pa),从此终于告别了真空度全靠看辉光状态猜的时代(泪目)
此外,在整这个容器的时候,意外发现一种非常适合一次性长期性的,低成本低端气密加固处理的方法:在管路螺纹里涂满铸工胶后再拧紧。铸工胶拥有相当不错的强度和粘接紧密度,做气密效果挺不错。也可以用于固定一些不方便焊接的金属件(比如像咱一样往铝制盖板上接不锈钢针阀和阴极拆换装置底座)
但是!咱在设计的时候犯了一个致命失误:铝制盖板与亚克力圆柱外壳之间是垫了一个涂满真空硅脂(这玩意挺不错,密封圈上抹一点在压紧气密嘎嘎好,对于真空度要求不算特别高的场合【气压不低于0.001Pa】挺合适)的丁晴橡胶圈然后使用螺栓和丝杆压紧进行气密。但是在设计盖板时仅留了嵌入亚克力外壳的凹槽,忘记预留橡胶圈的固定凸台了。结果在抽气后橡胶圈会被大气压压入容器内导致气密失效。【而且真空硅脂还有润滑效果】因此,在设计涉及密封圈的结构时务必考虑固定密封圈的结构!!!
蓝色部分亚克力外壳,红色橡胶圈,可以看得出来,当时忘记给橡胶圈设计固定凸台了,结果导致橡胶圈在气压推动下滑入容器内(淦)
最终被逼无奈,只能干脆去掉橡胶圈,然后用铸工胶将亚克力外壳与金属盖板强行粘在一起。经过数天痛苦的检漏堵漏(基本就是凭感觉看运气,到处堆料抹胶水),总算是做到了极限真空大约16Pa的水平。起码是可以看到喇叭状喷流了(汗)
在刚开始堵漏工作,进行放电测试时拍摄的高强度电离波现象(只要咱使用ZVS直推电视高压包并且将电压推到30KV及以上就会出现,但是咱没有示波器所以没法深入研究。个人感觉是和电压波形有关。可能是由于整流电路的稳压电容太小导致了电压的周期性大幅度波动 。但是这个只是猜想,缺少示波器没法检测波形进行验证)
堵漏前的放电状态,气压最低只能抽到大约51Pa,约束等离子体团相当弱
经过约一周的堵漏处理后,极限气压降到了16Pa,终于可以看到相当强的约束等离子体团和喇叭状喷流了
附一段实验上拍摄(10倍慢放)的离子波现象视频。想请教一下视频中不时出现的闪烁是什么导致的,在慢放下看似乎是一种阳极附件的突然出现又突然消失的射流?
VID20220707230204.mp4 点击下载
最终喇叭状射流的慢放↓
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【先写这么多,咱得睡觉了(困困)】
【接上文】
在写了在写了(摸鱼)
22年七月初,咱在弄清第二版Fusor的设计缺陷后,立马开始设计新的Fusor并交给厂家代工,在八月初完成了制作。新的设计整体还是呈圆柱形,但是由竖直放置改为横置。因为咱使用的二级泵是一台玻璃三级扩散泵,进气口是一根横向玻璃管。容器横置可以减少管路弯曲,有利于抽气。此外,还改进了容器的密封设计,这次给密封圈设计了固定凸台。密封圈绷在凸台上防止再发生滑动。此外,容器改为双层外壳,中间有空腔可抽真空,实现二级密封。同时将阴极球笼也改为激光切割铜片制作。删去了阴极电极的拆卸装置,直接彻底固定在密封金属盖板上,同样有利于保证气密。而阴极球笼则采用钨丝绑在电极上,可以拆卸更换。
容器外壳设计-剖面图↑
阴极球笼设计↑
↑阴极电极为一根铜棒,切割了凹槽方便捆绑固定球笼。铜棒外套了刚玉管做绝缘,中间空隙用铸工胶填补
在真空设备上,添置了一台双级旋片泵作为一级泵的主泵,旧的单级旋片泵改为用来给容器夹层抽真空。具体系统结构见下图。在盖板的后期处理和管路的气密处理上,咱还是使用的铸工胶(这玩意确实好使,粘接金属物件相当结实,气密效果也还不错。不过咱以后如果还搞新容器咱还是打算尝试一下想办法把盖板与管路等结构的连接改成全法兰结构,可以进一步提高气密。
新容器(图中上)和双极旋片泵(图中下)
新的真空系统设计↑
刚上完铸工胶的盖板↑(PS:下面的铁皮U形槽是原本计划在聚变阶段用于装水和硼砂吸收中子辐射的容器。可惜最后进度没赶上,搁置了)
组装完毕后的效果↑
这一版本的容器气密性有了极大提升。同时新的大旋片泵也提供了更强劲的抽气效果,配合扩散泵终于成功将气压降到了个位数。经过一段时间的反复堵漏和检查调试,最终极限气压做到了2-2.3Pa。终于有了明显的高约束单束流。并且在容器内气体与球笼充分冷却(降至接近室温)后刚通电的极短时间里,能够看到极度接近多束流导出的类似于Star Mode的状态(至少外观看上去挺像。有可能那一瞬间是已经有可能达到激发聚变的条件了。但是咱手头设备没法测量这么短时间里的电离辐射强度变化)。详细可以看下面图片和视频。
完成组装后的第一次实验,抽到了约5Pa,功率39W,电压11KV,得到了一个还算不错的喇叭状射流。
次日经过一整个白天的气密优化,在晚上将气压降到了3Pa,得到了一个相当明亮的高度约束射流(输入36W,12KV)
之后又将气压抽到了2Pa。这里放一组图:↑(功率36W,电压12KV) 是随着气压从刚启动时的2Pa(右)逐渐因升温而增加到3Pa(左)。可以看出在刚启动的一瞬间有一个疑似多束流Star Mode的状态。之后随着气压升高逐渐过渡为单束流引出的状态。辉光颜色也逐渐蓝移由紫红转变为偏蓝紫色。同时亮度大幅度增加。
然后咱尝试了向其中注入氕(不是氘,当时没舍得上重水),结果功率大幅度飙升(同样12KV,功率高达113W)。咱怀疑可能是在维持同气压的条件下,氢气的载流子密度会更高(因为氕离子的的荷质比更高,在相同气压下可以提供更多的流动电荷)导致电流剧增。
咱的究极无敌绿皮电解池及干燥瓶↑(乐)
下面也放个在氕环境下Fusor从2Pa启动(右)到气压增加到约3Pa(左)的图。启动瞬间的Star Mode似乎变得更明显了。而且亮度有所下降并且辉光更偏紫红色。可能是因为电流的增加导致实际上输入Fusor的电压降低了?
最后放两个启动时拍摄的慢放视频↓
10倍慢放-短焦镜头.mp4 点击下载
240FPS拍摄,24FPS慢放,充入氕↑
2.3Pa启动慢镜头.mp4 点击下载
120FPS拍摄,30FPS慢放,充入空气↑
别的不说,这唯一观赏性是真的好。但是一定一定要主要时刻监控电离辐射强度并做好防护。尤其注意不用在无防护目镜的情况下长时间直视,以防强紫外线损伤眼睛!!!
房间本底辐射0.13-0.14,在抽到2Pa并通电后电离辐射强度飙升到0.68-0.7
今天先写这么多,白天在摸鱼,都是晚上在写。困困,剩下来一些总结,杂项,设备与材料清单啥的睡完再写()
【接上文】
在前面的几章里,咱简单讲述了自己做Fusor的这个课题时的主要实验经历和经验。那么下面咱就再讲讲自己在这个课题中的一些细节上的处理经验和使用的设备、材料等。
先说说设备罢,咱的真空系统最终是采用了一台飞越的双级旋片泵做一级的主泵,然后用了一个三级玻璃扩散泵做二级泵。还有一台小的单级旋片泵用来给容器的真空夹层抽真空。在前面已经放过了管路示意图。这一套下来成本大约在3600-4200。(扩散泵1000,二手双级旋片泵2000-2500,单级旋片泵200-300的就行,各种管路零件约200,加热扩散泵的电热炉100,胶水等各种零配件和杂物150)然后Fusor反应釜成本约1350。(两个金属盖板CNC的成本约900,由于接入氘源的针阀200,内外层亚克力圆柱外壳150,电极,刚玉管和栅网等100)重水是50一克,至少预留300预算用于购买重水。此外还要准备至少1000用于购买盖格计数器和真空计。因此即使是最理想的,一次成功没有然后失误,也至少要准备6100元的经费。保险起见请准备好至少8000元经费,这样就可以保证有充足的试错成本,同时也可以有足够的经费购入更好的设备。
请切记:能用法兰就用法兰!管螺纹最好抹胶后拧紧确保密封!不用用生料带,气密不够!法兰盘压接是最优解!密封圈上抹点真空硅脂后压力密封效果很好!管路部分有钱就上带法兰的金属波纹管,没钱就用高压气管也能凑合。但是绝对不要用气动快接头连接高压气管!!!请用真空规管接头来连接高压气管和玻璃扩散泵的进气口玻璃管!!下面是详细的示意图:
这种真空规管连接头↑
连接方法↑
对于宝塔头(例如玻璃扩散泵的排气管就是宝塔头),可以买一根粗厚的橡胶软管(内径略小于宝塔头最大直径),在宝塔头上涂抹真空规脂后套上去,用管箍箍紧。再买一个宝塔头转法兰的转接头,把橡胶管另一端用同样的方法和宝塔头连接。
连接方法↑
关于扩散泵,如果经济条件允许,咱更推荐去买个二手的小型工业扩散泵。扩散泵的使用寿命很久,只要没有非正常的机械损伤,二手扩散泵也能用很久。而且这种工业扩散泵是全金属,不用担心像玻璃那样脆弱,爆裂风险更低,也能承受更高的加热功率和升温速度。(玻璃扩散泵严禁大功率快速加热升温!!!否则有内部应力过大导致爆裂的危险!!!)而且工业扩散泵的进气和排气管自带法兰,不需要进行各种复杂的转接处理,更简单更省事,气密处理也更方便,不易漏气。一个二手小型扩散泵大约为1500-2000元。(最好买带冷阱的,效果更好)此外在设计真空系统管路的时候尽量避免管路弯曲和狭窄(越宽越直越短越好),可以提高真空泵抽气效率。(而工业扩散泵有非常大的进气口)
目前想写的大致就这些。后面如果想到有新的东西也会再写。当然如果大家有啥想问的也可以尽管提出来,咱会尽可能一一进行回复。也希望各位大佬们能给些指导意见,谢谢啦!(/≧▽≦)/
PS:下面是咱之前参加科赛的时候写的研究报告,里面对课题的研究经历之类的介绍的更加详细。要是感兴趣可以下载下来看看
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